Isolation, Phenotypic Characterisation and Molecular Identification of Thermophilic and Halophilic Bacteria from the İzmir–Dikili (Bademli) Marine Hot Spring, Türkiye

Diep onder de aardkorst, waar gesteente het vuur ontmoet en de oceaan het land, liggen omgevingen die zo meedogenloos zijn dat de meeste levensvormen onmiddellijk zouden bezwijken. Dit zijn de warmwaterbronnen, natuurlijke ovens waar water kookt en mineralen in hoge concentraties oplossen. Toch gedijt er binnen deze schroeiende, zoute poelen een verborgen wereld. Wetenschappers noemen deze overlevers extremofielen, organismen die geëvolueerd zijn om niet alleen te standhouden, maar ook te floreren in omstandigheden die gewoon leven zouden vernietigen. Onder hen zijn thermofielen, die van intense hitte houden, en halofielen, die een hoog zoutgehalte vereisen. Het begrijpen van hoe deze microscopische wezens overleven, biedt meer dan alleen biologische nieuwsgierigheid; het biedt een venster naar hoe het leven op aarde zou kunnen zijn begonnen en geeft aanwijzingen voor krachtige instrumenten voor de industrie, van schoonmaakmiddelen die werken in heet water tot enzymen die afval kunnen afbreken.

In een specifieke hoek van westelijk Turkije, waar de Egeïsche Zee tegen een geothermisch landschap klotst, richtten onderzoekers hun aandacht op de Bademli mariene warmwaterbron. Gelegen nabij het dorp Bademli in het district Dikili, is deze locatie uniek omdat het een van de zeldzame plaatsen is waar heet grondwater, verhit door het magma van de aarde, direct mengt met zeewater voordat het aan de oppervlakte komt. Dit creëert een natuurlijk laboratorium van extreme hitte en een hoog zoutgehalte. Een team wetenschappers van de Dicle Universiteit trok uit om dit ecosysteem te verkennen, met de eenvoudige maar diepgaande vraag: welke soorten bacteriën leven hier, en hoe zijn zij gebouwd om te overleven?

De onderzoekers begonnen hun werk door drie verschillende locaties langs de rand van de bron te bezoeken, elk met een eigen temperatuur en chemische samenstelling. Bij de heetste station bereikte het water bijna 7 de Celsius, terwijl de andere iets koeler waren maar nog steeds schroeiend. Vanuit deze locaties verzamelden zij monsters van water, modder en zand. Terug in het laboratorium keken zij niet simpelweg naar de monsters onder een microscoop; ze lokten de onzichtbare bewoners tot groei. Ze plaatsten de monsters in speciale voedingsbouillons die ontworpen waren om hitte-minnende en zouttolerante bacteriën te bevorderen, en om er zeker van te zijn dat ze de meest veerkrachtige vormen vastlegden, verhitten ze de monsters tot 80 graden Celsius gedurende tien minuten. Deze stap was cruciaal omdat het de bacteriën die geen beschermende sporen konden vormen doodde, waardoor alleen de taaiste overlevers overbleven.

Uit dit proces isoleerde het team zevenentwintig verschillende stammen van bacteriën. Elke stam vormde een kolonie met een eigen unieke persoonlijkheid. Sommige kolonies waren cirkelvormig en glad, terwijl andere onregelmatig of filamenteus waren. Hun kleuren varieerden van crème wit en bleekgeel tot donkerbruin en zelfs roze. Om deze minuscule organismen te begrijpen, onderwierpen de wetenschappers hen aan een reeks tests. Ze controleerden of de bacteriën uit zichzelf konden bewegen, of ze complexe suikers zoals zetmeel konden afbreken, en hoe ze reageerden op verschillende chemicaliën. Ze testten ook welke antibiotica de groei van de bacteriën konden stoppen, een standaardprocedure om hun biologische verdediging te begrijpen. De resultaten onthulden een diverse gemeenschap. De meeste bacteriën waren Gram-positief, wat betekent dat ze een dikke celwand hebben, en ze waren allemaal in staat om sporen te vormen, een overlevingsmechanisme dat hen in staat stelt om door barre omstandigheden heen te slapen. Ze waren ook over het algemeen in staat om zuurstof te ademen en eiwitten en zetmeel af te breken, eigenschappen die wijzen op een robuust en actief metabolisme.

Het meest onthullende deel van de studie kwam toen de wetenschappers de genetische code van dertien van deze stammen bekeken. Door een specifiek gen te sequencen dat bekend staat als het 16S rRNA-gen, dat fungeert als een biologische vingerafdruk voor bacteriën, konden zij precies identificeren waarnaar zij keken. De genetische analyse toonde aan dat de overgrote meerderheid van deze hitte-minnende, zouttolerante bacteriën tot twee bekende groepen behoorde: het genus Bacillus en het genus Anoxybacillus. Dit zijn families van bacteriën die beroemd zijn om hun vermogen om extreme omgevingen te weerstaan. De genetische sequenties van de nieuwe isolaten kwamen nauw overeen met bekende soorten zoals Bacillus haynesii, Bacillus paralicheniformis en Anoxybacillus gonensis.

Echter, het verhaal eindigde niet bij de eenvoudige identificatie. Wanneer de onderzoekers de genetische sequenties van hun nieuwe isolaten vergeleken met de database van bekende bacteriën, vonden zij iets intrigerends. Hoewel veel van de stammen zeer vergelijkbaar waren met bekende soorten, vertoonden verschillende een genetische overeenkomst van minder dan 98 procent. In de wereld van de bacteriële taxonomie suggereert een overeenkomst onder deze drempel vaak dat het organisme mogelijk een nieuwe soort of een onderscheidende ondersoort is die nog nooit eerder is beschreven. Zo vertoonde één stam van het heetste station een overeenkomst van slechts 96,73 procent met zijn dichtstbijzijnde bekende verwant, wat erop wijst dat het een unieke variant zou kunnen zijn die specifiek is aangepast aan de Bademli-bron.

De studie concludeert dat de Bademli mariene warmwaterbron een rijk reservoir is van microbiële diversiteit, die een gemeenschap van bacteriën huisvest die perfect zijn afgestemd op de dubbele stress van hoge hitte en hoog zoutgehalte. Het feit dat deze organismen grotendeels behoren tot de Bacillus- en Anoxybacillus-groepen is significant, aangezien leden van deze families bekend staan om het produceren van enzymen die stabiel en actief blijven bij hoge temperaturen. Hoewel het artikel niet beweert een wondermiddel of een nieuw industrieel proces te hebben ontdekt, stelt het vast dat deze Turkse bron een natuurlijke habitat is voor deze veelzijdige microben. De aanwezigheid van stammen die mogelijk nieuw zijn voor de wetenschap suggereert dat de Bademli-bron een onbenut potentieel bezit. Door te begrijpen hoe deze bacteriën overleven en functioneren, kunnen wetenschappers de grenzen van het leven op aarde beter waarderen en misschien hun unieke biologische instrumenten ooit inzetten voor het menselijk voordeel.